Fundamentos de Cinemática y Dinámica: Conceptos Clave de la Física

Definición de Velocidad

La velocidad está asociada al cambio de posición de un cuerpo a lo largo del tiempo. Cuando necesitamos información sobre la dirección y el sentido de movimiento, así como su rapidez, recurrimos a su velocidad.

La velocidad es una magnitud vectorial y, como tal, se representa mediante flechas que indican la dirección y el sentido del movimiento que sigue un cuerpo. La longitud de esta flecha representa un valor numérico o la magnitud del desplazamiento entre un punto inicial y final de movimiento.

Ejemplo: Un móvil viaja a una velocidad de 120 kilómetros por hora. Tal cual al recorrer 100 kilómetros, la persona decide parar a comer y disminuye su velocidad hasta dejar el auto (cuerpo) quieto.

¿Por qué la velocidad es un vector?

La velocidad es una magnitud vectorial. Si un objeto mantiene una velocidad constante en dirección, se mueve siempre siguiendo la línea marcada por la dirección de la velocidad; su trayectoria es rectilínea. Sin embargo, si cambia la dirección del vector velocidad, la trayectoria no es recta.

Movimiento de Caída Libre

La caída libre es un movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA) en el que se deja caer un cuerpo verticalmente desde cierta altura y no encuentra resistencia alguna en su camino.

Concepto de Campo Eléctrico

El campo eléctrico es la perturbación que genera una carga eléctrica en el espacio que le rodea.

Las Leyes de Newton y la Dinámica

Las leyes de Newton permiten explicar cómo se comportan los cuerpos desde el punto de vista dinámico. Newton se basó en las ideas de Galileo y Descartes y construyó así no solo los principios de la dinámica, sino de la física clásica en general. Estas leyes son:

• El principio de inercia.
• El principio fundamental (Segunda Ley).
• El principio de acción y reacción (Tercera Ley).

Primera Ley de Newton: El Principio de Inercia

La primera ley de Newton establece que un objeto permanecerá en reposo o con movimiento uniforme rectilíneo a menos que sobre él actúe una fuerza externa. El movimiento es relativo, es decir, depende de cuál sea el observador que describe el movimiento. Esta ley sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos como sistemas de referencia inerciales, que son aquellos desde los que se observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.

Segunda Ley de Newton: Cuantificación de la Fuerza

La segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo.

Tercera Ley de Newton: Acción y Reacción

La tercera ley de Newton nos dice que si un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, este realiza sobre A otra acción igual y de sentido contrario. Esto es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones:

• Ejemplo de salto: Cuando queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos; la reacción del suelo es la que nos hace saltar hacia arriba.
• Ejemplo en piscina: Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en sentido contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona ejerce sobre nosotros, aunque no haga el intento de empujarnos a nosotros.

Diferencias entre Óptica Física y Óptica Geométrica

Existe una distinción fundamental en el estudio de la luz:

Óptica Física

• Se centra en la dualidad onda-partícula de la luz.

Óptica Geométrica

• Utiliza el concepto de rayo de luz como módulo matemático.
• Estudia fenómenos como la reflexión y la refracción (se corrigió 'difracción' por ser menos central en la distinción básica, aunque es parte de la física).

El Concepto de Rayo (Eléctrico)

Se define el rayo como la porción de cualquier forma de energía radiante que se propaga en línea recta. Sin embargo, en un contexto diferente (eléctrico o atmosférico), se puede interpretar como:

Mejor dicho, un rayo es una poderosa descarga natural de electricidad estática que genera un pulso electromagnético. El debilitamiento de un componente provocado por el rayo puede traer consigo una reducción de la duración de la vida útil del material.